하수관 종류와 기초공법

왜 배우는가: 하수관로 공사에서 관 기초가 부실하면 관의 파손, 이음부 이탈, 침하로 인한 역구배가 생겨 준공 후 유지관리 비용이 크게 늘어난다. 시험에서는 강성관과 연성관의 하중 전달 방식 차이를 기초 형식과 연결해 묻는 문제가 반복해서 나온다.

출제 이력: 제129회 4교시 6번, 제111회 3교시 1번, 제104회 3교시 5번, 제100회 4교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 하수관 기초공법은 관종과 지반 조건에 맞춰 관의 하중을 지반에 고르게 전달하도록 관 하부를 받치는 시공 방법이다.

정의에 쓰는 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 강성관: 관 자체의 강도로 하중을 견디는 관. 콘크리트관 계열이 여기에 속한다.
• 연성관: 관이 변형하면서 주변 흙의 지지로 하중을 나눠 받는 관. 염화비닐관, 강관 등이 여기에 속한다.
• 관기초: 관 밑에 깔아 하중을 분산시키는 흙, 모래, 콘크리트 지지층 전체.
• 지반 반력: 관 밑 지반이 관 하중에 대해 위로 작용하는 힘.
• 측방 지지: 관 옆의 되메움 흙이 관을 좌우에서 받치는 작용.
• 상재하중: 관 위의 흙, 도로 교통하중 등 관 위에 작용하는 하중.
• 연약지반 처리: 지지력이 부족한 지반을 치환하거나 개량하는 조치.

관종은 하중을 받는 방식이 다르므로 기초의 역할도 달라진다. 강성관은 기초가 관을 떠받치는 힘이 핵심이고, 연성관은 관 측면의 다짐 흙이 하중을 나눠 받는 힘이 핵심이다. 두 경우 모두 관이 설계 기울기를 유지하도록 지지하는 것이 기초공법의 목적이다.

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 관을 땅에 묻을 때 관 밑과 옆을 어떻게 받칠지 정하는 일이다. 하수는 중력으로 흐르므로 관은 일정한 기울기를 유지해야 한다. 관 밑이 주저앉으면 기울기가 틀어져 오수가 고이고, 이음부가 벌어져 지하수나 토사가 들어온다.

정식 정의는 다음과 같다. 관기초는 관의 자중, 관 내부 흐름의 중량, 상재하중을 지반에 분산시켜 관의 변형과 파손을 막고 설계 기울기를 유지하도록 관 하부에 설치하는 지지층이다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

• 강성관(rigid pipe): 콘크리트관, 철근콘크리트관(흄관 포함) 등이 해당한다. 관이 휨에 대한 저항으로 하중을 견디므로 지지면이 고르지 않으면 관 중앙부에 응력이 집중하여 균열이 생긴다.
• 연성관(flexible pipe): 경질 염화비닐관, 강관, 폴리에틸렌관 등이 해당한다. 관이 조금 변형하면서 측면 흙의 수동 저항으로 하중을 분담하므로 되메움 다짐 상태가 성능을 좌우한다.
• 지지력(bearing capacity): 기초가 전단파괴 없이 견디는 평균 접촉응력이다. 허용지지력은 극한지지력을 안전율로 나눈 값이다.
• 허용침하량: 연약지반에서는 전단파괴 전에 과도한 침하가 먼저 생길 수 있으므로 허용침하량으로 허용지지력을 정한다.

연성관은 하중이 주변 흙으로 분산되어 지지되고, 관이 변형하여도 파괴되지 않고 기능을 유지한다는 점이 강성관과 다르다. 반대로 강성관은 지반 움직임을 따라가지 못하므로 지지 상태가 나쁘면 빠르게 파손된다. 따라서 강성관은 기초 자체를 견고하게 만들고, 연성관은 측방 다짐을 철저히 하는 것이 기본 방향이다.